| 槐花村人 | 2010-07-28 18:49 |
光學(xué)測頭的原理與應(yīng)用 圖2 紅寶石球與物體表面接觸 光學(xué)測頭的分類方法有很多，種類更是繁復(fù)。從測量原理上通常可以分為共軸測量和三角測量；從光源維度上可以分為點光源、線光源和面光源；從光源色譜上又可以分為單色光源和白光源。共軸測量中常見的方法有2種：其一是干涉法，它利用了光的波長特性，將一束光通過平面分光鏡（半透半反）分成兩束，一束由鏡面反射至參考平面，另一束則透射至被測物體表面，兩束光經(jīng)疊加后產(chǎn)生干涉條紋，干涉條紋的形式取決于物體的距離與物體表面的幾何特征；另一種是共焦法，從一個點光源發(fā)射的探測光通過透鏡聚焦到被測物體上，如果物體恰在焦點上，那么反射光通過原透鏡應(yīng)當(dāng)匯聚回到光源，即所謂的共焦。在反射光的光路上加上了一塊半反半透鏡，將反射光折向帶有小孔的擋板，小孔位置相當(dāng)于光源。光度計測量小孔處的反射光強度，強度最大時物體即位于透鏡焦點平面，這樣即可測得物點的位置。三角測量則利用光源、像點和物點之間的三角關(guān)系來求得物點的距離。以點光源為例：光源向物體發(fā)射一個光點，光點到達(dá)物體后經(jīng)過反射在傳感器上得到一個像點；光源、物點和像點形成了一定的三角關(guān)系，其中光源和傳感器上的像點位置是已知的，由此可以計算得出物點的位置所在。  圖3 三角測量結(jié)果 目前各種光學(xué)測頭采用的光源種類主要有激光和白光。激光作為一種準(zhǔn)直、相干的單色光，廣泛地用作測頭光源。白光則是由各種波長的光組成的，因此顏色呈白色。激光和白光的最大區(qū)別在于，激光是一種單色光，因此擁有高度相干性，有些測頭正是利用了激光的相干性來實現(xiàn)其功能；而白光由各種波長的光組成，因此相干性相當(dāng)微弱。如前所述，利用單色光的高度相干性可以根據(jù)某些原理進(jìn)行測量，但事物的兩面性同時說明，在有些地方相干性也會干擾測量。例如，激光測頭利用物體表面的反射光進(jìn)行三角測量時，照射到物體表面的激光會呈現(xiàn)顆粒狀的結(jié)構(gòu)，這種顆粒狀的結(jié)構(gòu)稱為“散斑”，而這種現(xiàn)象稱為“散斑效應(yīng)”。散斑效應(yīng)是由于激光照射在粗糙表 面經(jīng)反射造成的。大多數(shù)物體的表面與激光的波長相比都是粗糙的，因此當(dāng)光波從物體表面反射時，表面各點都發(fā)出一束高度相干的子波，子波疊加的結(jié)果就形成了物體表面呈隨機(jī)分布的散斑。而白光由于由各種波長的光組成，因此相干性被大大削弱，所以在物體表面反射時，很難觀察到散斑效應(yīng)。這樣的區(qū)別對于三角測量來說影響是十分巨大的。原因在于，三角測量依據(jù)像點在傳感器上的位置來確定物點的空間位置；而像點在傳感器上通常不會是簡單的一個像素點，反射光照射到傳感器上使得一部分像素感光，計算機(jī)可以通過像素分析來確定這一群像素的中心，從而得到像點的位置。由于散斑效應(yīng)的存在，使得要確定像點的位置變得非常困難，且誤差較大；而分布均勻且對稱的光點會對像點位置的確定非常有利。這就是三角測量當(dāng)中白光性能要優(yōu)于激光的根本原因。 |
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